CN1249088A - 确定无线电波传播衰减的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种用于确定在一个无线电系统在特定期望区域内无线电波传播衰减的方法和设备。利用描述一个基站的环境的至少多维的矢量图确定系统基站的覆盖区域。在该期望区域某些点的传播衰减由一个射线跟踪方法确定,在该期望区域的其它点上,传播衰减由一个经验模型计算得出,所述模型的参数由该射线跟踪法所得的结果初始化。通过这种方法,计算传播衰减比以前快得多。

Description

确定无线电波传播衰减的方法和装置
本方法涉及一种用于确定无线电波在一个无线电系统中期望区域内传播衰减的方法，所述方法使用一个描述基站的环境的至少二维的矢量图，以确定该系统基站的覆盖区域，并且所述方法确定了一个发射机在该期望区域不同点的传输强度。
当一个无线电系统被建立时，尽可能获得高效率的期望覆盖区域。在考虑本系统的该基站的位置时，有用业务容量和达到的覆盖区域都需要考虑。目的是定位基站，使得就无线电波传播而论，确保一个大的覆盖区域和一个基站的最优位置。
现已研制有多种方法和设备用于无线电网络规划。提供在该期望区域的地形和建议物的模型化信息的数字图通常利用无线电网络规划中的设备。通过向量映射的方法，可以利用计算机对于不同的基站的位置计算与网络操作相关的参数和覆盖区域。
然而，确定室内衰减尤其困难。一种通常应用的方法是通过估算一个建筑物外部的一般场强度并且减去该建筑物内的一般室内衰减，以确定室内覆盖区域。由这种方法所得的结果是，对于其中场强甚至在屋内有很大的变化的小小区将会得到极不精确的结果，而且用一个一般衰减系数是不够的。而且，该方法用于确定室内基站的覆盖区域是不适合的。
另一个已知的方法是在不同的建筑物中测量并且为得到最好的可听度来定位一个基站。其缺点就是测量造价昂贵且耗费时间。此外，实际上该整个期望区域不能被测量。
第三种方法是通过所谓射线跟踪的方法来计算覆盖区域。然而这种方法在确定建筑物室内有效区域时是不实际的，因为在一个建筑物内部通常有许多区域，而且为确保预测计算的准确，该传播穿透墙壁的和被墙壁反射的射线也必须考虑在内。因此，就网络规划来说，在实际中使用当今的计算机的计算时间显得过长。
由此，本发明的目的是实现一种可避免已知方法的缺陷的方法。
此目的可通过序言所述的方法达到。该方法特征在于该期望区域的某些点的传播衰减由一种射线跟踪方法确定，并且该期望区域的传播衰减是由一个经验模型计算而得，所述模型的参数由该射线跟踪方法所得值而初始化。
本发明还涉及了一种用于确定在一个无线电系统中的期望区域内的无线电波传播衰减的设备，所述系统包括至少一个基站，并且该设备包括为提供描述期望的基站环境的一个至少二维的向量图的装置，以及确定一个基站发射机在该环境不同点的传输强度的装置。本发明的设备特征在于它还包括了通过一个射线跟踪方法估算由该矢量图描述的期望区域的一些点的传播衰减的装置，以及通过一个经验模型计算在期望区域内的传播衰减的装置，以及通过该射线跟踪方法所得的结果初始化该模型参数的装置。
本发明的方法有几个优点。本发明这种解决方案的计算时间很短，通过一个射线跟踪的方法进行的完整计算也只有一小部分时间。由于该经验模型是由精确值初始化的，由此而得的结果即足够精确了。本发明的解决方案尤其适合于估算室内传播衰减。
下面参照实例和附图对本发明作了详细的描述，其中
图1示出了一个可应用本发明方法规划的无线电系统，
图2示出了一个蜂窝无线电系统的有效区域的矢量图，
图3示出了一个最终传播衰减曲线的一个例子，
图4是一个说明本发明的设备的结构的方框图。
因此本发明的方法可被优先应用于无线电系统规划中。尤其适合规划在市区环境中由微小区和皮可小区技术实现的无线电系统。一些典型的无线电系统示于图1。图中示出了两个系统，一个典型的蜂窝无线电网络100和一个建筑物102内的室内网络104。在该蜂窝无线电网络100中，一个基站106在建筑物外部，还有多个用户终端108至110，其中一些108在建筑物外部还有一些110在建筑物112内部。用户终端与基站有一个双向连接。建筑物102中的一个室内皮可小区网络104包括一个室内基站114和许多室内终端116至118。
让我们通过一个例子来更清楚地看本发明的方法。图2示出了一个典型办公环境的矢量图，其中一个室内小区被设置用于一个无线电系统，该矢量图包括影响无线电波传播的该区域的结构化部分。目的在于定位基站在本区域中，以便在本建筑的不同部分达到最佳可听度。在实际中选择一些基站可以定位的可能位置，且由这些缺省值(defaults)进行计算。最佳的选择最后选定作为基站最终的位置。
由此在每个假定的基站的位置都进行类似的计算。由此一个初始的计算是通过射线跟踪法在该期望区域的一些点来确定的。射线跟踪可通过两种方法实现：通过多镜像的方法或通过射线发射的方法。该方法在T.Huschka的“用于室内环境的射线跟踪模型和它们计算的复杂度(RayTracing Models for indoor environments and their computationalcomplexity)”PIMRC，’94，AAB5.1，1994中有更详细的说明。
现已研制出了几种经验模型用于确定传播衰减。至今问题仍是设置它们的参数的困难。一个可能的传播模型在下面的公式中说明，其中假定能量以dB为单位：
Pr＝Pt-Co-10*C1 *log(d)-C2d这里Pr和Pt是传送和接收的能量，d是发射机和接收机之间的距离。Co是由无线电频率和天线特性决定的一个比例系数。C1和C2是一个衰减梯度和一个附加干扰损耗。由此参数Ci可由射线跟踪法所得的信息初始化。
另一个可能的经验模型在J.M.Keenan，A.J.Motley的“无线电在建筑物中的有效区域(Radio coverage in building)”英国电信技术期刊(British Telecom Technology Journal)Vol.8，No.1，1990年1月中说明，如下所示：
Pr＝Pt-Co-10*C1 *log(d)-n1 *D1-n2 *D2-…这里Pt是传送能量，Co是由无线电频率和天线特性决定的常数项，C1是衰减梯度，d是发射机和接收机之间的距离，ni表示在视线上的障碍物数目并且属于级i，Di表示障碍物的衰减常数并属于级i。在建筑物中这些障碍物通常是由不同材料造成的墙，所述墙壁的衰减取决于可以被相应分类的所用的建筑物材料。在本发明的解决方案中，该衰减常数Ci和Di可以通过射线跟踪的方法最佳且准确地确定。
图3示出了一个最终传输衰减曲线的例子。水平轴表示测量点且垂直轴表示场强。这些测量点是由假定在图2中的该建筑物中的一个终端沿着虚线标出的路径上而得。为了便于比较，图中示出了由本发明的方法而得的结果(上面的曲线)和在实际中测出的结果(下面的曲线)。由于清晰度的原因，该估计曲线比真实值高出15dB。
本发明的解决方案的显著优点是它的速度极快。根据图2，由一个高效的工作站执行的在建筑物中的一个初始射线跟踪计算需花费9分钟，而利用后者初始化的经验模型计算最终的传播衰减估算则在1秒之中完成。举例来说，假若一个区域包括一百个25层的建筑物，并且需要每个建筑物的信息，仅通过射线跟踪的方法的计算要花费15天，而通过本发明的解决方案只需不到1个小时。
本发明的解决方案适用于室外和室内的计算。假若需要的话，在该期望区域的不同部分可用不同的经验模型。这取决于区域的类型。该计算当然也可用于三维，这取决于使用的矢量图的维数。
下面我们利用图4所示的方框图来仔细看一下实现本发明方法的设备的结构。该设备包括装置400，它用来提供描述该期望基站环境的一个至少二维矢量图。装置400通常利用存储电路而实现。
本设备还包括用于确定一个基站发射机在该环境不同点的传送强度的处理器装置402。在本发明的设备中，该处理器装置402通过射线跟踪方法确定在该期望区域的一些点的传播衰减。处理器装置402还利用一个经验模型在同一区域内确定传播衰减，所述模型的参数由射线跟踪法所得的结果初始化。在本发明设备中，由射线跟踪法计算所得的值可暂时存储于本设备的存贮器装置404中，其中在设置该经验模型的初值时，该数值可被读出。
装置402可利用微处理器或相应的单个逻辑电路被实现，由此本发明的程序可通过软件被实现。计算得出的特殊区域可作为输入403引入该处理器装置。
虽然以上述有附图的例子对本发明进行了解释，但本发明显然不仅限于本例，它可在权利要求书中公开的发明思想范围内改成多种形式。

Claims (5)

1.一种确定无线电波在无线电系统中的期望区域内的传播衰减的方法，
所述方法使用一个至少二维的矢量图，描述基站的环境，以确定系统基站的覆盖区域，
并且所述方法确定发射机在期望区域内不同点的传输强度，其特征在于
在期望区域内一些点的传播衰减通过一种射线跟踪方法确定，并且
在该期望区域的传播衰减通过一个经验模型计算得出，所述模型的参数由该射线跟踪的方法得出的结果而初始化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在该期望区域内的不同区域使用不同的经验模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该经验模型的形式如下：
Pr＝Pt-Co-10*C1 *log(d)-n1 *D1-n2 *D2-…其中Pr是传送功率，Co是由无线电频率和天线特性决定的常数项，C1是衰减梯度，d是发射机与接收机之间的距离，ni表示在视线上的障碍物数目并属于级i，Di是障碍物的衰减常数并属于级i，并且一个或多个衰减常数Ci和Di是由射线跟踪法确定的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法可被用于建筑物室内衰减的计算。
5.一种用于确定在期望区域内无线电系统中无线电波传播衰减的设备，所述系统包括至少一个基站，
并且所述设备包括装置(400)，用来提供一个描述期望的基站的环境的至少二维的矢量图，
装置(402)，用来确定基站发射机在该环境不同点的传输强度，其特征在于，它还包括：
装置(402)，用于通过射线跟踪方法估算由一个矢量图描述的该期望区域的一些点的传播衰减，以及
装置(402)，用于利用一个经验模型来计算该期望区域内的传播衰减，和装置(402，404)，用于利用由射线跟踪方法所得结果初始化该模型的参数。
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